在FPGA設計中，復位電路是非常重要的一部分，它能夠確保系統從初始狀態開始啟動并保證正確運行。 本文將分別介紹FPGA中三種常用復位電路：同步復位、異步復位和異步復位同步釋放，以及相應的Verilog代碼示例。

異步復位 or 同步復位 or 異步復位同步釋放，真的是“異步復位同步釋放”更好嗎？

一、同步復位

同步復位是一種在時鐘信號的下降沿或上升沿觸發的復位方式，復位信號與時鐘信號同步。 由于在同步復位中，復位信號和時鐘信號是同步的，因此可以確保復位操作的穩定和可預測性。 同步復位通常由一個或多個寄存器實現，如下面的實例：

module sync_reset(
  input clk,
  input rstn,
  input data_in,
  output reg data_out
);

always @(posedge clk) begin
  if(!rstn) begin
       data_out <= 'b0;
  end else begin
       data_out <= data_in;
  end
end

endmodule

在上述代碼中，rst是同步復位信號，當時鐘上升沿到來時，檢測到復位信號為低電平時，計數器將被初始化。

綜合后電路圖如下：

從圖中可看出，綜合后，調用的（D Flip-Flop with Clock Enable and Synchronous Reset帶使能功能的同步清除D觸發器） FDRE型D觸發器。

二、異步復位

異步復位是一種在時鐘信號之外觸發的復位方式，不管時鐘邊沿信號有沒有到來，只要復位有效信號到來，即執行復位操作。 以下是異步復位的基本代碼示例：

module async_reset(
  input clk,
  input rstn,
  input data_in,
  output reg data_out
);


always @(posedge clk or negedge rstn) begin
  if(!rstn) begin
    data_out <= 'b0;
  end else begin
    data_out <= data_in;
  end
end

endmodule

在異步復位中，rst信號不需要和時鐘信號同步，并且可以在任何時候生效。在上述代碼中，rst信號被用來異步地清零計數器的值，并且不需要等待時鐘信號。

綜合后電路如下：

從圖中可看出，綜合后，調用的（D Flip-Flop with Clock Enable and AsynchronousReset帶使能功能的異步清除D觸發器） FDCE型D觸發器。

三、異步復位同步釋放

異步復位同步釋放通常是這種說法，一種結合了異步與同步復位優點的復位方式，它使用一個同步器來將異步復位信號轉換為同步的復位信號，從而確保復位操作的可控性和穩定性。以下是異步復位同步釋放的基本代碼示例：

module test_reset(
  input clk,
  input rstn,
  input data_in,
  output reg data_out
);

reg arstn_r, arstn_s_r;

always @(posedge clk or negedge rstn) begin
  if(!rstn) begin
      arstn_r <= 'b0;
      arstn_s_r <= 'b0;
  end else begin
      arstn_r <= 'b1;
      arstn_s_r <= arstn_r;
  end
end

always @(posedge clk or negedge arstn_s_r ) begin
  if(!arstn_s_r ) begin
      data_out<= 'b0;
  end else begin
      data_out<= data_in;
  end
end

endmodule

在上述代碼中，rstn是異步復位信號，在異步復位條件下，計數器會被清零并重置其他必要的信號。rstn信號經過異步和同步兩級的處理后，生成了一個同步釋放的復位信號arstn_s_r ，它與時鐘信號同步并在時鐘邊緣上生效。然后，同步復位電路將控制信號傳遞給其他電路，使其從復位狀態轉換到正常操作狀態。

綜合后電路如下：

從圖中可看出，即使復位信號通過兩級同步處理，也是用的兩個異步復位D觸發器FDCE實現的，所以實際上無需做這種異步復位同步釋放的處理。

四、總結

在實際應用中，選擇合適的復位方式取決于具體的設計要求和運行環境，但實際上我們寫verilog代碼常用的是異步復位的方式，當然關于復位設計，真的需要每一個寄存器都復位嗎，下一個文章，我們再來嘮嘮。